CN221767591U - 一种便于快速处理相间短路故障的三相供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便于快速处理相间短路故障的三相供电系统，包括电源和母线，在母线上至少设有一条出线，在出线上设有断路器，断路器以下设有多个机械开关，在断路器下口安有故障处理开关，故障处理开关能够将断路器下口至少一相与电源接通，机械开关并联有电力电子开关，电力电子开关能够将机械开关上口与下口的至少一相接通，电力电子开关可以根据预设电流条件切断从而定位故障点。该系统可以缩小停电面积的前提下，能够快速处理相间短路故障以至于在重合闸的时间内排除故障点，从而使停电面积更小。

Description

一种便于快速处理相间短路故障的三相供电系统

技术领域

本实用新型涉及供电系统故障处理领域，具体涉及一种便于快速处理相间短路故障的三相供电系统。

背景技术

三相非有效接地供电系统某一线路发生相间短路时，现在常见的处理方法是：1、采用重合闸的方式：首先切断该线路上的第一把断路器然后再闭合该第一把断路器，如果是瞬时性相间短路，并在闭合第一把断路器后即消除，则继续正常供电。如果在闭合第一把断路器后该相间短路故障仍然存在，则切断第一把断路器等待检修。2、采用时间上的级差配合方法：即同一线路断路器按照距离电源的距离不同，整定不同过流跳闸时间，距离电源越近跳闸时间越长，一般整定级差为100ms，这个时间由开关的机械动作时长和算法耗费时间决定，这种方法可以将故障区域隔离，但是对于故障点离电源近的故障，供电系统耐受短路电流时间长，对电网的冲击大。3、将第一把断路器过流先跳开，然后最末把断路器跳开，如果故障发生最末把断路器以下，则可以排除故障，否则第一断路器重合，仍然有故障电流，则第一把断路器过流再跳开，然后切断倒数第二把断路器，如果相间短路发生在倒数第二把断路器和最末把断路器之间，则可以排除故障，以此类推，依次向上切断断路器，直到将故障排除。但是在此操作过程中，未切断的断路器以及供电系统持续经受大的短路电流冲击，如果时间过长或次数过多，则会对线路造成损坏。假如相间短路的持续时间不允许超过300毫秒，而断路器跳开短路电流时间为100毫秒的话，则一般线路上不宜超过三把断路器，否则上述方法有可能导致线路超过300毫秒以上的冲击。由此可见，现有的相间短路处理方法均存在处理故障耗时长，并且不能自动排除故障的弊端。

发明专利2020114536325及发明专利2020114536310均公开了一种三相供电系统相间短路的处理方法，发生相间短路时首先切断至少一条故障相，然后利用增设的开关再把切断的故障相与电源导通从而制造一个检测回路，线路上的受控开关能够检测电流时长或电流脉冲数并在达到预设时长或预设脉冲数后切断，该方法能够快速定位和排除相间短路故障点。但在实际实施中发现，上述二专利中的受控开关目前都是机械开关，如断路器或负荷开关等，而机械开关的跳开非短路电流过程均会持续一定的时间，如50毫秒左右，如果采用二专利方法则不能设置太多开关（如多于六个），也就没办法将供电区域细化控制从而缩小故障点的影响及缩小停电面积。这是因为：目前供电系统处理相间短路的操作规程中有在第一个断路器跳闸后的预设时间内（如2秒）重合闸的规定（在预设时间内重合闸后如果故障排除则不属于停电事故），重合闸时间内，既要区分瞬时性故障，又要隔离永久性故障，避免把瞬时故障当成永久故障处理，如果利用上述二专利方法处理相间短路故障并在重合闸时间内排除故障，则受控开关一般设置不能超过六个，第一个受控开关设置250毫秒，最后一个受控开关设置0，300毫秒用于永久故障判别隔离，否则用于躲过瞬时性故障的时间就会变短。因此为了在重合闸时间内排除故障，则机械开关的设置一般不应超过六个，而开关设置的少则无法将控制的区域细化则必然会在受控开关跳闸后导致停电区域较大。

因此，如何在多设置机械开关从而可以缩小停电面积的前提下，还能在重合闸时间内快速定位并排除相间短路故障，是需要进一步解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种便于快速处理相间短路故障的三相供电系统，该系统在设置多个机械开关从而可以缩小停电面积的前提下，能够快速处理相间短路故障以至于在重合闸的时间内排除故障点，从而使停电面积更小。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：

一种便于快速处理相间短路故障的三相供电系统，包括电源和母线，在母线上至少设有一条出线，在出线上设有断路器，断路器以下设有多个机械开关，在所述断路器下口安有故障处理开关，所述故障处理开关能够将断路器下口至少一相与电源接通，所述机械开关并联有电力电子开关，所述电力电子开关能够将机械开关上口与下口的至少一相接通；在发生相间短路故障时，所述断路器能够跳开至少一个故障相，所述机械开关能够跳开至少一个故障相，所述故障处理开关能够将断路器跳开的故障相与电源持续接通或者循环通断，所述电力电子开关能够将机械开关跳开的故障相接通用于产生通过相间短路故障点的检测电流，位于下游的电力电子开关触发切断的检测电流时长短于位于上游的电力电子开关触发切断的检测电流时长，或者位于下游的电力电子开关触发切断的检测电流脉冲数小于位于上游的电力电子开关触发切断的检测电流脉冲数，所述下游为远离电源方向，所述上游为靠近电源方向。

优选的，所述故障处理开关为两个或三个单相控制开关并分别并联在断路器上口和下口的两相或三相。

优选的，在两个或三个所述单相控制开关上串联有电阻。

优选的，所述故障处理开关包括能够将断路器下口的至少一相与大地或公共导线接通的第一开关和能够将母线或系统中性点与大地或公共导线接通的第二开关。

优选的，设置所述故障处理开关触发切断的检测电流时长大于下游的电力电子开关触发切断的检测电流时长，或者设置所述故障处理开关触发切断的电流脉冲数多于下游的电力电子开关触发切断的电流脉冲数。

优选的，所述故障处理开关为所述电力电子开关。

上述系统在发生相间短路故障后，一种处理方法是断路器跳开三相，故障处理开关将一个故障相与电源接通，将另一个故障相与电源持续接通或循环通断；当故障处理开关下游的某一所述电力电子开关跳开后，在已跳开的电力电子开关上游的机械开关闭合，并且与闭合的所述机械开关并联的电力电子开关跳开，故障处理开关跳开，断路器重新合闸；或者当故障处理开关在达到触发切断的条件跳开后，说明故障点在断路器与其下游第一把机械开关之间，这样断路器不能闭合而保持断开。

本实用新型有益效果在于：将电力电子开关与机械开关并联，在发生相间短路故障后机械开关跳开而电力电子开关闭合，这样就可以利用电力电子开关快速通断能力，在达到电力电子开关的断开条件时电力电子开关可以快速断开，该时间远远短于机械开关的跳开时间，因此可以增加机械开关的数量而仍能够在短时间内排除故障，从而细化和缩小停电面积，同时满足在重合闸时间内排除故障的需求。

附图说明

图1是本实用新型方法一实施例结构示意图；

图2是本实用新型方法另一实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例对本实用新型做进一步说明：

如图1所示，三相非有效供电系统具有电源100，母线101和出线102，出线102可以有多条并均从母线101分出，下面以出线102为例来说明该系统结构及处理相间短路故障的处理方法，其他出线的处理情况与出线102的处理一致。

在出线102上设有断路器90，断路器90以下设有多个机械开关，可以设置七个、八个、九个机械开关或更多个，如机械开关91，机械开关92，机械开关93等等，机械开关既可以是断路器，也可以是普通的负荷开关。在断路器90处并联有故障处理开关1，故障处理开关1设置在断路器1的下口与母线101之间，故障处理开关1闭合时可以将断路器90下口与母线101之间的一相、两相或三相接通从而也与电源100接通。在各机械开关处并联有电力电子开关，如机械开关91处并联有电力电子开关2，机械开关92处并联有电力电子开关3，机械开关93处并联有电力电子开关4，电力电子开关闭合时可以将机械开关的上口与下口的一相、两相或三相接通。电力电子开关可以根据预设的电流时长或电流脉冲数断开，即当电力电子开关检测到通过电流的电流时长或电流脉冲数与预设值相等时即断开（也可以设定检测到的检测电流时长或脉冲数大于预设值时断开），但是不同的电力电子开关的这些预设值并不相同，而是位于下游的电力电子开关的预设电流时长短于位于上游的电力电子开关的预设电流时长，或者位于下游的电力电子开关的预设电流脉冲数小于位于上游的电力电子开关的预设电流脉冲数，下游即更远离电源100的方向，上游即更靠近电源100的方向。

当发生相间短路故障后，如故障点F在BC两相并位于机械开关92和机械开关93之间，此时断路器90会根据过流跳开三相，同时机械开关91、92、93等因无压而全部跳开三相，然后故障处理开关1的开关11和开关12闭合（开关13可以闭合，也可以不闭合），同时电力电子开关2、3、4等闭合而接通由机械开关断开的故障相，由此形成了包括电源100、母线101、故障处理开关1和各电力电子开关2、3、4以及故障点F在内的检测回路并产生检测电流（电子电力开关触发切断的电流时长或电流脉冲即针对检测电流）。如果开关11和开关12持续闭合则会产生持续的检测电流，因为故障点F位于电力电子开关3和电力电子开关4之间，所以电力电子开关4没有检测电流流过也就不会达到断开条件而断开，而电力电子开关3则有检测电流流过，当达到电力电子开关3设置的预设电流时长（如5毫秒）时，则电力电子开关3会在瞬间（小于1毫秒）断开，因电力电子开关3断开，则电力电子开关2不会检测到电流，所以不会达到电力电子开关2的断开条件（如预设电流时长为6毫秒），这样就能锁定故障点在电力电子开关3和电力电子开关4之间，也即在机械开关92和机械开关93之间。然后闭合机械开关92上游的机械开关91，再跳开各电力电子开关，然后跳开故障处理开关1，最后断路器90重新合闸。以上操作可以在几个毫秒内完成，远短于重合闸时间。基于此，机械开关可以设置的很多，比如根据供电区域大小可以设置10个、20个等等，与机械开关并联的电力电子开关触发断开的检测电流时长从下游到上游可以依次增加，比如依次增加1毫秒，因为电力电子开关切断几乎不占时间，所以仍可以在较短时间内完成故障点的定位。

在一个实施例中，断路器90也可以不切断三相，而是切断一条故障相或两条故障相，相应地故障处理开关1仅闭合其中一个开关或两个开关而把断路器90断开的故障相接通。同样，机械开关也可以仅跳开一条或两条故障相，然后由电力电子开关把机械开关跳开的故障相接通。

在上述二实施例中，作为可选的实施例，故障处理开关1也可以不持续闭合，而是循环闭合与断开，例如开关11持续闭合，而开关12循环闭合与断开，这样在检测回路中则会产生电流脉冲，相应的，各电力电子开关测量检测电流的脉冲数，并且电力电子开关的断开条件设为检测电流脉冲数，而且位于下游的电力电子开关预设的检测电流脉冲数小于位于上游的电力电子开关预设的检测电流脉冲数。如电力电子开关4预设的电流脉冲数为5个，而电力电子开关3预设的电流脉冲数为6个，因电力电子开关4检测不到电流脉冲无法达到触发条件而不会断开，而当电流脉冲达到6个后电力电子开关3即会断开，此时因还未达到电力电子开关2的预设的7个电流脉冲数，所以电力电子开关2不会断开，因此确定故障点位于电力电子开关3和电力电子开关4之间，即机械开关92和机械开关93之间。然后机械开关92以上的机械开关全部闭合，各电力电子开关全部跳开，故障处理开关1跳开，断路器90重合闸恢复供电。断路器90重合闸后，作为一个优选方式，机械开关94可以根据无压时间保持跳开，而机械开关94下游的机械开关则可以相应闭合，这样这部分区域可以接受备用电源的供电。

上述实施例中，作为优选，故障处理开关可以选用真空接触器。

图2示出了另一个实施例，故障处理开关1并未直接接通断路器90的下口与母线101，而包括第一开关31和第二开关32（可选用真空接触器，也可串有限流电阻），第一开关31将断路器90的下口与大地（或公共导线）相连，第二开关32将母线（或系统中性点）与大地（或公共导线）相连，这样也可以实现断路器下口与电源的接通，其他操作同前述实施例。

在一个实施例中，参考图1，在故障处理开关1的三相（也可以是任意两相）上串联有电阻5，电阻5可以限流，从而将检测回路的电流减小以避免对系统的冲击。需要指出的是，前述实施例中，在故障处理开关不串入电阻也是可行的，因为利用电力电子开关使得故障处理时间很短，即使不串入电阻也不会对系统造成很大冲击。

上述实施例中，电力电子开关优选绝缘栅双极型晶体管或晶闸管。

在一个实施例中，设置故障处理开关1触发切断的检测电流时长大于下游的电力电子开关触发切断的检测电流时长，或者设置故障处理开关1触发切断的电流脉冲数多于下游的电力电子开关触发切断的电流脉冲数，若下游电力电子开关没有跳开而是故障处理开关跳开，则说明故障发生在故障处理开关1与下游第一个电力电子开关之间，此时断路器不再重合闸。

上述实施例只是对本实用新型构思和实现的若干说明，并非对其进行限制，在本实用新型构思下，未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。

Claims (8)

1.一种便于快速处理相间短路故障的三相供电系统，包括电源和母线，在母线上至少设有一条出线，在出线上设有断路器，断路器以下设有多个机械开关，在所述断路器下口安有故障处理开关，所述故障处理开关能够将断路器下口至少一相与电源接通，其特征在于：

所述机械开关并联有电力电子开关，所述电力电子开关能够将机械开关上口与下口的至少一相接通；

在发生相间短路故障时，所述断路器能够跳开至少一个故障相，所述机械开关能够跳开至少一个故障相，所述故障处理开关能够将断路器跳开的故障相与电源持续接通或者循环通断，所述电力电子开关能够将机械开关跳开的故障相接通用于产生通过相间短路故障点的检测电流，位于下游的电力电子开关触发切断的检测电流时长短于位于上游的电力电子开关触发切断的检测电流时长，或者位于下游的电力电子开关触发切断的检测电流脉冲数小于位于上游的电力电子开关触发切断的检测电流脉冲数，所述下游为远离电源方向，所述上游为靠近电源方向。

2.如权利要求1所述的便于快速处理相间短路故障的三相供电系统，其特征在于，所述故障处理开关为两个或三个单相控制开关并分别并联在断路器上口和下口的两相或三相。

3.如权利要求2所述的便于快速处理相间短路故障的三相供电系统，其特征在于，在两个或三个所述单相控制开关上串联有电阻。

4.如权利要求1所述的便于快速处理相间短路故障的三相供电系统，其特征在于，所述故障处理开关包括能够将断路器下口的至少一相与大地或公共导线接通的第一开关和能够将母线或系统中性点与大地或公共导线接通的第二开关。

5.如权利要求1所述的便于快速处理相间短路故障的三相供电系统，其特征在于，所述故障处理开关触发切断的检测电流时长大于下游的电力电子开关触发切断的检测电流时长，或者所述故障处理开关触发切断的电流脉冲数多于下游的电力电子开关触发切断的电流脉冲数。

6.如权利要求1所述的便于快速处理相间短路故障的三相供电系统，其特征在于，所述故障处理开关为所述电力电子开关。

7.如权利要求1所述的便于快速处理相间短路故障的三相供电系统，其特征在于，所述电力电子开关为绝缘栅双极型晶体管或晶闸管，所述机械开关为断路器或负荷开关。

8.如权利要求1所述的便于快速处理相间短路故障的三相供电系统，其特征在于，所述故障处理开关为真空接触器。